轨道交通故障诊断体系的应用研究

李海静 王志

（中车南京浦镇车辆有限公司，江苏南京 210031）

0.引言

在新时代发展进程中，我国的轨道交通建设水平已经实现了飞速的突破，不仅是在覆盖里程数还是资源运输体量等方面已经收获了更高的水平，甚至会在一定程度上全面推进各地区的经济发展水平。如果轨道交通运行期间出现故障也会受到故障、监测难度大、故障维修与解决困难等多方面因素的影响，导致轨道交通的运行状况出现停滞状态。对此本文针对轨道交通故障诊断系统的应用进行专项研究，希望能够通过现代化的新型技术手段对轨道交通的安全运转提供重要保障。

1.故障诊断体系的系统架构

在针对当前的轨道交通车辆进行故障排查与诊断时，需要综合应用分布式控制技术和通信网络技术等，主要采取多功能车辆总线的技术形式，对轨道交通车辆的信号进行实时传输与有效控制[1]。如图1所示，可以对当前的轨道交通车辆运转情况进行信息数据的实时采集，数据采集单元（DRU）、事件记录仪（ERM）、多功能车辆总线（MVB。）数据采集单元可以直接在当前的车辆总线中进行设备记录的实时采集和存储，特别是设备的运行状态和故障信息，而事件记录仪可以在轨道交通车辆运行过程中的各类重要事件进行有效存储，通过多种类型的故障诊断软件进行数据分析与处理[2]。现有的轨道交通故障诊断体系可以通过多功能车辆总线直接接入车辆网络中，实现与多个控制单元之间的数据交换，如中央控制、空调等子设备单元等等，随后需要通过以太网实现与电脑终端的连接，便于对现有信息和数据进行有效维护与分析诊断[3]。

图1 故障诊断体系的系统架构

2.故障诊断体系的软件实现

故障诊断体系的数据采集软件和车辆记录仪在软件环境等方面有一定差异。当整体轨道交通故障诊断系统上电之后，可以直接收到多功能车辆总线所传达出的数据，并将其直接存储于固定内存之中，而其他需要发送的数据也可以通过多功能车辆总线进行传达，实现有效通信。数据采集单元主要搭载 VX Works操作系统，并将其控制系统和底层通用功能进行充分发挥，与此同时配套应用PLC自动化控制系统进行任务创建，实现对数据采集单元的文件解析和有效执行。事件记录仪主要应用 Linux操作系统，实现与其他系统之间的有效通信，特别是对于故障事件相关内容进行底层通用参数的交接，确保软件运行能够有更加全面的数据参考。例如，某地建设地铁所应用的列车控制系统CBTC，主要采取列车-地间连续化的传输与命令形式，确保列车位置信息以及相关移动授权命令可以对有轨列车进行自动化控制，现有的系统中主要涵盖了列车防护ATP系统，计算机联锁CI系统以及自动列车驾驶ATO系统和自动列车监督ATS系统等等。在运行过程中信号系统所出现的故障主要为自动列车监督ATS系统设备故障、轨旁设备故障以及车载设备、通信设备故障等多种类型。

根据现有的软件功能，如图2所示软件流程可以将其具体划分为通信模块、初始化模块、底层驱动模块以及数据采集单元自检模块、记录模块等。其中初始化模块主要负责对不同设备和仪器进行初始化，避免程序出现跑分问题。在通讯模块中需要基于当前的通讯协议，完成端口参数的具体配置驱动模块，需要对当前的软件操作系统进行有效接口驱动，同时对当前的文件记录进行留存。数据采集功能的自检模块则需要在上电启动状态之下进行全面自检，判断系统任务的运行状态是否正常，同时确保监视任务能够保持良好，如果在此期间发现异常问题要立即进行报错，并对现有的系统进行重新启动。最后在文件记录模块中则需要对当前轨道交通车辆的运行情况和关键事件进行存储和记录，确保诊断软件能够对其进行深入的分析与故障排查[4]。

图2 软件流程图

3.故障诊断与数据分析应用

轨道交通故障诊断体系的应用，最关键的要素在于故障诊断以及数据的分析，因此可以从通信接口、故障诊断以及运行数据分析3个层面进行应用与论证。

3.1 通讯接口细节处理

在通讯接口方面，当前轨道交通车辆在运行过程中需要对现有的信息和数据内容进行数据分析，并通过以太网与电脑终端接口进行连接，也可以通过不同类型的车载设备搭载无线通讯模块进行2个数据采集模块与服务器之间的无线通信。而应用车载无线设备也要实时保证周边无线网络的畅通，轨道交通车辆回库之后需要对现有的车载无线设备进行全面的检查，让其直接连接无线局域网络，及时更新和自动传输车辆的历史故障问题、现如今的运行状态情况、并将相关数据文件直接传输给指定的服务器之中，地面系统的服务器则专业收集不同数据单元内容，并通过无线设备所传送的故障信息和运行状态对其进行分类与评估。在此期间可以应用图表的形式直接导入数据库，操作人员可以直接对现有的故障信息和运行数据形成数据库，进行远程网页访问，让其能够形成更加连贯直观的曲线或图形等等，明确分类以及轨道交通车辆故障诊断的情况，方便用户进行故障评估，为后期的运行与维护奠定良好的决策基础。与此同时，可以让车辆段的具体管理人员通过服务软件对当前的轨道交通车辆运行情况和故障发生情况开展实时监控，注重实时监控过程中各类信息数据与车辆以往的数据内容进行对比分析。其中可以应用更加专业的故障诊断与分析软件实现数据采集单元的有效衔接，积极记录不同类型的车辆故障，并将相关数据直接导出到电脑终端系统之中，以便相关工作人员能够准确及时地了解车辆故障信息和运行状态。

在前文中提到的列车控制CBTC控制系统中，曾经发生地铁运营调度通讯故障的问题，这主要是由于地铁运营调度OCC与外围系统主要采取双通道通信的形式，如果应用单一通道则并不会影响系统的正常工作。但是信息通道的故障也会导致中心ATS自动列车监督系统失去其应有的功能，而转为降级模式的控制方法和控制形式。针对于此，可以将本地ATS系统切换为主ATS状态，应用TTP服务器对当前的列车时刻表、停站时间等进行再次加载和计算，转变车次信号等，自动安排PRC服务器的自主化运行功能。

3.2 故障诊断逐级划分

在故障诊断阶段，可以在现有的轨道交通故障诊断体系中，将具体的故障类型划分为3个等级，如果现有的故障诊断系统体系检测出故障问题，也可以根据不同的级别做好相关动作。例如，一级的信息为关键要素故障诊断信息，主要指的是对轨道交通车辆当前的运营与服务造成了严重的影响，此类事故风险较大，需要第一时间采取处理措施；二级信息体现为次要信息，指的是在列车运行和服务过程中并不会造成更加明显影响的事故或不故障类型，在轨道交通车辆返回车辆段之后对其进行一定的处理和故障解决；三级信息主要为常规信息等，并不会对轨道交通车辆的运营与服务造成影响，故障发生影响相对较小，可以直接在日常检修与维护中进行有效的解决与排除。

以城市轨道交通车辆制动系统控制阀故障为例，在发生控制阀故障时往往可爱，从阀体、执行结构、附件3个角度进行故障的专项分析，见表1，深入探究故障发生原因。在实际应用故障诊断体系时，可以通过8通道的动态数据采集卡以及振动加速度传感器和声压传感器进行控制阀运行信号的实时采集，但不容忽视的是在轨道车辆运行过程中制动系统的工作环境相对复杂，周边噪声相对较大，在一定程度上影响了故障自动化诊断的精准度，可以应用EMD算法降低噪声含量，实现控制阀信号的有效降噪和诊断。

表1 城市轨道交通车辆制动系统控制阀故障系统划分

3.3 故障诊断实时监控

在针对现有的运行数据进行分析时可以通过Web Tip软件进行实现，该软件可以分为系统维护工具以及数据监视工具2大类型，在系统维护工具中可以直接导入相关数据库文件，并按照已有的需求对现有数据的格式进行一定解析。而数据监视工具更加强调了在线实时化的数据监控功能，可以通过表格或曲线等多种直观有效的方式，对虚拟数据和模拟数据进行直观分析与考量[5]。

4.故障诊断体系的管理途径

当前我国现有的轨道交通故障诊断体系在应用方面更加科学，综合技术水平更加广泛。例如在实际监测过程中可以综合应用振动监测技术，配以和现有的轨道交通故障诊断系统进行运行信号的收集和异常点位数据的预警和整理，在此过程中需要综合应用声波传递技术、信号发射技术等，最后进一步应用共振解调技术，实现对现有设备的统一应用。同时不断优化核心应用技术，让当前的轨道交通故障诊断体系能够充分发挥其应有的价值。针对于此，需要在故障诊断体系运行过程中，对不同类型的细微振动进行第一时间捕捉，要全面了解轨道交通车辆当前的振动频率、不同类型的运行状况、振幅等差异问题，确保能够及时分析故障条件之下的振动异常，第一时间给出预警信息。

5.结语

在轨道交通车辆的运行过程中故障诊断尤为重要，而故障诊断体系的应用也直接关系到车辆运行的状态。为此，要加强对轨道交通车辆运行状态和故障的诊断与排除，进一步降低人力物力成本，提高工作效率，希望本文能为我国轨道交通故障的有效诊断和解决提供参考。